SYS-866 Système d’information géographique et télédétection

1. SYS-866 Système d’information géographique et télédétection

2. Au menu - Cours 7 • Introduction à la télédétection • Source d'énergie • Le rayonnement électromagnétique • Interactions avec la cible • Capteurs

3. La télédétection • Qu'est-ce que la télédétection ? • « La télédétection est la technique qui, par l'acquisition d'images, permet d'obtenir de l'information sur la surface de la Terre sans contact direct avec celle-ci. La télédétection englobe tout le processus qui consiste à capter et à enregistrer l'énergie d'un rayonnement électromagnétique émis ou réfléchi, à traiter et à analyser l'information, pour ensuite mettre en application cette information. » Télédétection Source : CCT

4. Source d'énergie • Le rayonnement électromagnétique • Une source d'énergie sous forme de rayonnement électromagnétique est nécessaire pour illuminer la cible, à moins que la cible ne produise elle-même cette énergie. • Le soleil est très souvent cette source • Capteurs actif vs passif Télédétection

5. Source d'énergie • L’acquisition d’images est l'interaction entre trois éléments fondamentaux • une source d'énergie • une cible • une plate-formed’acquisition • Capteur Télédétection Adaptée de : tpouchin.club.fr

6. Source d'énergie • Le rayonnement électromagnétique • énergie transportée dans l'espace sous forme d'ondes ou de particules • composé d'un champ électrique (E) et d'un champ magnétique (M) Télédétection

7. Source d'énergie • Le rayonnement électromagnétique • Longueur d'onde (λ en m) • longueur d'un cycle d'une onde, distance entre deux crêtes successives d'une onde • mesurée en mètres ou sous-multiples • Fréquence (v en Hz) • nombre d'oscillationspar unité de temps • Inversementproportionnelles • C = λ v • C = vitesse de la lumière Télédétection

8. Source d'énergie Télédétection Source : Gonzales et Woods 2002

9. Télédétection Source : Cavayas 2005

10. Source d'énergie • Le rayonnement électromagnétique bleu-vert 0,50 μm Télédétection Cheveux humain 25,0 μm Sable fin de plage 200 μm = 0.2 mm

11. Source d'énergie • Le rayonnement électromagnétique • Ultraviolet • plus petites ondesen télédétection • Certains matériaux,surtout des roches etminéraux, entrent enfluorescence ouémettent de la lumièrevisible quand illuminéspar l’ultraviolet Télédétection Source : CCT

12. Source d'énergie • Le rayonnement électromagnétique • Visible • très petite partiedu REM • de 0,4 à 0,7 μm • De 400 à 700 nm • très grande partiedu REM est invisibleà l'œil nu, mais peutêtre captée! Télédétection Source : CCT

13. Source d'énergie • Le rayonnement électromagnétique • Visible • Le rouge à la plus grande longueur d'onde • Le violet a la plus courte • Le prisme réfracte la lumièrede façon différente selonla longueur d'onde Télédétection Violet : 0.4 - 0.446 μm Bleu : 0.446 - 0.500 μm Vert : 0.500 - 0.578 μm Jaune : 0.578 - 0.592 μm Orange : 0.592 - 0.620 μm Rouge : 0.620 - 0.7 μm

14. Source d'énergie • Le rayonnement électromagnétique • L'infrarouge (0,7 à 100 μm) • deux catégories • IR réfléchi • utilisé de la mêmefaçon que le visible • de 0,7 à 3 μm • IR émis ou thermique • rayonnement émis sousforme de chaleur par lasurface de la Terre et autres • de 3 à 100 μm Télédétection Source : CCT

15. Source d'énergie • Le rayonnement électromagnétique • Les hyperfréquences • micro-ondes • les plus grandeslongueurs d'ondeutilisées en télédétection • de 1 mm à 1 m • de l'infrarouge thermiqueaux ondes radio • 12.24 cm : 2450 MHzpour chauffer sa soupe ! • Bande S Télédétection Source : CCT

16. Source d'énergie • Propriétés des ondes électromagnétiques • fondamentales en télédétection • la réflexion • l’absorption • la transmission • la diffusion • l'émission • autres propriétés • la diffraction • La réfraction • la polarisation • l'effet Doppler • important en télédétection RADAR notamment Télédétection

17. Source d'énergie • Propriétés des ondes électromagnétiques • la réflexion • un corps qui reçoit un REM peut en réfléchir une partie • albédo : énergie solaire réfléchie par une portion d'espace terrestre (% réfléchie) • spéculaire ou diffuse Télédétection Source : tpouchin.club.fr

18. Source d'énergie • Propriétés des ondes électromagnétiques • l’absorption • un corps qui reçoit un REM peut en absorber une partie • cette énergie absorbée est transformée et modifie l'énergie interne du corps • peux augmenter la température interne du corps • les grosses molécules de l'atmosphère (ozone, bioxyde de carbone et vapeur d'eau) absorbent l'énergie de diverses longueurs d'onde Télédétection

19. Source d'énergie • Propriétés des ondes électromagnétiques • la transmission • un corps qui reçoit un REM peut en transmettre une partie • un objet transparent à une transmittance élevée dans les longueurs d'ondes visibles • une surface d'eau pure ou le feuillage d'arbres sont des exemples de surfaces susceptibles de transmettre une partie du REM Télédétection

20. Source d'énergie • Propriétés des ondes électromagnétiques • la diffusion • très grande importance en télédétection • des particules microscopiques dans l'atmosphère amènent la diffusion dans toutes les directions d'une partie du REM • le REM traversant ce milieu peut alors être considérablement transformé. • environ 25% du rayonnement solaire qui traverse l'atmosphère est diffusé • peut être beaucoup plus important lorsque l'atmosphère est chargé en aérosols et vapeur d'eau Télédétection

21. Source d'énergie • Propriétés des ondes électromagnétiques • trois types de diffusion • diffusion de Rayleigh • diffusion de Mie • diffusion non-sélective Télédétection

22. Source d'énergie • diffusion de Rayleigh • lorsque la taille des particules est inférieure à la longueur d'onde du rayonnement • particules de poussière ou molécules d'azote ou d'oxygène • disperse et dévie de façon plus importante les courtes longueurs d'onde • c’est pourquoi le cielest bleu • forme de diffusionprédominante dans lescouches supérieuresde l'atmosphère. Télédétection Source : CCT

23. Source d'énergie • diffusion de Mie • les particules sont presque aussi grandes que la longueur d'onde du rayonnement • poussière, pollen, fumée et eau • affecte les plus grandes longueurs d'onde • surtout dans les couches inférieures de l'atmosphère où les grosses particules sont plus abondantes Télédétection

24. Source d'énergie • diffusion non-sélective • lorsque les particules sont beaucoup plus grosses que la longueur d'onde • gouttes d'eau et grosses particules de poussière • "non-sélective" car toutes les longueurs d'onde sont dispersées • les gouttes d'eau de l'atmosphère dispersent le bleu, le vert, et le rouge de façon presque égale, ce qui produit un rayonnement blanc • c'est pourquoi le brouillard et les nuages nous paraissent blancs. Télédétection

25. Source d'énergie • Propriétés des ondes électromagnétiques • l'émission • tout corps dont la température thermodynamique est supérieure au zéro absolu (-273 °C) émet un rayonnement électromagnétique • l'émetteur, appelé aussi source, peut être le soleil, le capteur (RADAR, LIDAR) ou encore la cible (infrarouge thermique). Télédétection

26. Source d'énergie • Propriétés des ondes électromagnétiques • la diffraction • déviation de la direction de propagation d'un rayonnement lorsque celui-ci frappe un obstacle ou traverse un trou, une fente … • Diffraction au traversd’un nuage chargée defines gouttelettes d’eau -> • Diffraction du son <- Télédétection Source : en.wikipedia.org

27. Source d'énergie • Propriétés des ondes électromagnétiques • la réfraction • déviation de la trajectoire d’une onde électromagnétique lors de son passage d'un milieu à un autre (Snell's Law) Télédétection Source : www.ps.missouri.edu

28. Source d'énergie • Propriétés des ondes électromagnétiques • la polarisation • concerne la variation du plan d’oscillation de l’onde produite par les plans d’eau, les feuilles, les aérosols contenus dans l’atmosphère … ou les filtres ! Télédétection Source : www.upscale.utoronto.ca

29. Interactions avec l'atmosphère • Le rayonnement doit traverser l'atmosphère • Les particules et les gaz dans l'atmosphère peuventdévier ou bloquer lerayonnement incident. • Causés par les mécanismes de diffusion et d'absorption Télédétection

30. Interactions avec l'atmosphère • Diffusion et d'absorption • La diffusion se produit lors de l'interaction entre le rayonnement incident et les particules ou les grosses molécules de gaz présentes dans l'atmosphère. • L'absorption survient lorsque les grosses molécules de l'atmosphère (vapeur d'eau, bioxyde de carbone et ozone) absorbent l'énergie de diverses longueurs d'onde. Télédétection

31. Interactions avec l'atmosphère • Transmission/Absorption atmosphérique Télédétection Absorption atmosphérique Source : Space Telescope Science Institute Source : www.everythingweather.com

32. Interactions avec la cible • En télédétection, l’interaction du REM avec les objets se résume donc à trois phénomènes : • Absorptance • Transmittance • Réflectance Télédétection Source : CCT

33. Interactions avec la cible Télédétection Source : tpouchin.club.fr

34. Interactions avec la cible • Chaque objet possède des propriétés spécifiques • Identification Télédétection Source : CCT Source : tpouchin.club.fr

35. Interactions avec la cible • Chaque objet possède des propriétés spécifiques • Identification Télédétection Source : tpouchin.club.fr

36. Interactions avec la cible • Chaque objet possède des propriétés spécifiques • Identification Télédétection Source : rst.gsfc.nasa.gov

37. Interactions avec la cible • Un même objet possède des propriétés variables ! • État des cultures Télédétection Source : rst.gsfc.nasa.gov

38. Les capteurs • Capteurs • instruments qui permettent de transformer le rayonnement électromagnétique en informations perceptibles et analysables par l’humain • "un instrument qui recueille de l'énergie radiative provenant de la scène visée et délivre un signal électrique correspondant mesurable«  (source : ?) • trois grands types de capteur: • les systèmes photographiques • les radiomètres imageurs • les capteurs actifs Télédétection

39. Les capteurs • les systèmes photographiques • systèmes optiques "classiques" dont le fonctionnement de base est similaire aux appareils photographiques communs • les radiomètres imageurs • transformation du rayonnement électromagnétique en un signal électrique stocké sur un support numérique • les capteurs actifs • éclairent artificiellement la cible avant de mesurer l'énergie qu'elle renvoie Télédétection

40. Les capteurs • les systèmes photographiques • le résultat est un cliché photographique qui peut être couleur, panchromatique (noir & blanc) ou proche-infrarouge • il n'existe pas d'émulsions photographiques capables de mesurer des longueurs d'ondes autres que le visible et proche infrarouge • Normalement embarqués sur des plates-formes aériennes (récupération des données !) • Utilisé sur certains satellites (satellite russe Kosmos ) ainsi que bon nombre de satellites militaires. Les données sont récupérées lors de la chute du satellite sur Terre ou en envoyant la pellicule au sol Télédétection

41. Les capteurs • les radiomètres imageurs • ils sont appelés "imageurs" pour les distinguer des radiomètres et spectroradiomètres ponctuels utilisés au sol (un seul point de l'espace) • La grande diversité des capteurs permet de mesurer le rayonnement électromagnétique dans de très nombreuses longueurs d'ondes. En général, les capteurs passifs vont de l'ultraviolet-visible à l'infrarouge lointain. Télédétection

42. Les capteurs • Photographie vs image • Le processus photographique utilise une réaction chimique sur une surface sensible à la lumière pour capter et enregistrer les variations d'énergie • Une image est une représentation graphique, quels que soit la longueur d'onde ou le dispositif de télédétection qui ont été utilisés pour capter et enregistrer l'énergie électromagnétique • nous constatons que toute photographie est une image, mais que les images ne sont pas toutes des photographies Télédétection

43. Les capteurs • Photographie vs image Télédétection

44. Les capteurs • Capteurs actif vs passif • Passif • Utilise l’énergie solaireréfléchie par la scène oul’énergie émise parl’objet (ex:IR) • Actif • Le capteur émet unesource d’énergie etmesure ce qui estréfléchit (ex:radar,lidar) Télédétection

45. Les capteurs • Plate-formes • Pour enregistrer adéquatement l'énergie réfléchie ou émise par une surface ou une cible donnée, on doit installer un capteur sur une plate-forme distante de la surface ou de la cible observée • Ces plates-formes peuvent être situées près de la surface terrestre, comme par exemple au sol, dans un avion ou un ballon ; ou à l'extérieur de l'atmosphère terrestre, comme par exemple sur un véhicule spatial ou un satellite. Télédétection Source : CCT

46. Les capteurs • Plate-formes Télédétection Source : CCT, www.asdi.com

47. Les capteurs • Satellites • fournissent la majeure partie des données recueillies par télédétection de nos jours • Orbite • trajectoire effectuée parun satellite autour de laTerre • géostationnaire • quasi polaire • héliosynchrone Télédétection Source : CCT

48. Les capteurs • Orbite géostationnaire • altitude très élevée • regardent toujours la même région • altitude d'environ 36,000 kilomètres • vitesse qui correspond à celle de la Terre, donnant l'impression qu'ils sont stationnaires • permet d'observer et d'amasser de l'information sur une région spécifique • satellites de communication • observation des conditions météorologiques • certain couvrent un hémisphère complet de la Terre Télédétection

49. Les capteurs • Orbite quasi polaire • allant pratiquement du nord au sud ou vice versa • combinée à la rotation de laTerre (ouest-est) au coursd'une période les satellitesont observé la presquetotalité de la Terre • appelé quasi polaire àcause de l'inclinaisonde l'orbite Télédétection Source : CCT

50. Les capteurs • Orbite héliosynchrone • observent toujours chaque région du globe à la même heure locale solaire • assure des conditions d'illumination solaire similaires, facteur important lorsqu'on compare deux images successives ou lorsqu'on produit une mosaïque avec des images adjacentes • La plupart des satellites sur orbite quasi-polaires ont aussi une orbite héliosynchrone Télédétection